Огляд уявлень про метаболізм сфінголіпідів
DOI:
https://doi.org/10.15587/2519-8025.2021.234699Ключові слова:
сфінголіпіди, цераміди, мітохондрії, апоптоз, інсулінорезистентність, вірусиАнотація
Сфінголіпіди є важливими компонентами клітини, задіяними в процесах апоптозу, запалення, онкогенезу, старіння проліферації, диференціації та зростання клітин, а також у стрес-індукованій відповіді клітин.
Мета. Дослідити наукові літературні джерела для формулювання новітніх поглядів щодо біохімічної ролі сфінголіпідів у розвитку різних патологічних станів.
Матеріали та методи. Аналіз відкритих джерел наукової літератури.
Результати та їх обговорення. Відповідно до проаналізованих даних поява патологій пов'язана з порушенням балансу сфінголіпідів у клітинах і надлишковим накопиченням церамідів, тоді як запобігання акумуляції церамідів у клітинах може відвернути появу кардіологічних, неврологічних та метаболічних патологій, ураховуючи інсулінорезистентність, серцево-судинні захворювання (атеросклероз, серцева недостатність), а також стеатоз печінки. У зв’язку з цим видається перспективним пошук препаратів, здатних інгібувати окремі ланки метаболізму сфінголіпідів та запобігати розвитку патології.
Висновки. Сфінголіпіди задіяні в численних клітинних процесах, а зміна балансу окремих представників цього класу ліпідів може мати вирішальне значення для розвитку патологічних станів. Накопичені дані щодо порушення обміну сфінголіпідів за різних захворювань сприяють створенню лікарських засобів, заснованих на інгібуванні відповідних ланок метаболізму цих ліпідів.
Посилання
- McQuiston, T., Haller, C., Poeta, M. (2006). Sphingolipids as Targets for Microbial Infections. Mini-Reviews in Medicinal Chemistry, 6 (6), 671–680. doi: http://doi.org/10.2174/138955706777435634
- Hannun, Y. A., Obeid, L. M. (2008). Principles of bioactive lipid signalling: lessons from sphingolipids. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 9 (2), 139–150. doi: http://doi.org/10.1038/nrm2329
- Patwardhan, G. A., Beverly, L. J., Siskind, L. J. (2015). Sphingolipids and mitochondrial apoptosis. Journal of Bioenergetics and Biomembranes, 48(2), 153–168. doi: http://doi.org/10.1007/s10863-015-9602-3
- Gomez-Muñoz, A., Presa, N., Gomez-Larrauri, A., Rivera, I.-G., Trueba, M., Ordoñez, M. (2016). Control of inflammatory responses by ceramide, sphingosine 1-phosphate and ceramide 1-phosphate. Progress in Lipid Research, 61, 51–62. doi: http://doi.org/10.1016/j.plipres.2015.09.002
- Zhu, S., Xu, Y., Wang, L., Liao, S., Wang, Y., Shi, M. et. al. (2021). Ceramide kinase mediates intrinsic resistance and inferior response to chemotherapy in triple‐negative breast cancer by upregulating Ras/ERK and PI3K/Akt pathways. Cancer Cell International, 21 (1). doi: http://doi.org/10.1186/s12935-020-01735-5
- Nganga, R., Oleinik, N., Ogretmen, B. (2018). Mechanisms of Ceramide-Dependent Cancer Cell Death. Sphingolipids in Cancer, 1–25. doi: http://doi.org/10.1016/bs.acr.2018.04.007
- Babenko, N. A., Garkavenko, V. V., Storozhenko, G. V., Timofiychuk, O. A. (2016). Role of acid sphingomyelinase in the age-dependent dysregulation of sphingolipids turnover in the tissues of rats. General Physiology and Biophysics, 35 (2), 195–205. doi: http://doi.org/10.4149/gpb_2015046
- Babenko, N. A., Kharchenko, V. S. (2013). Age-Related Changes in the Phospholipase D-Dependent Signal Pathway of Insulin in the Rat Neocortex. Neurophysiology, 45 (2), 120–127. doi: http://doi.org/10.1007/s11062-013-9346-9
- Babenko, N. A., Storozhenko, G. V. (2017). Role of ceramide in the aging-related decrease of cardiolipin content in the rat heart. Advances in Gerontology, 7 (3), 195–200. doi: http://doi.org/10.1134/s207905701703002x
- Grbčić, P., Car, E. P. M., Sedić, M. (2020). Targeting Ceramide Metabolism in Hepatocellular Carcinoma: New Points for Therapeutic Intervention. Current Medicinal Chemistry, 27 (39), 6611–6627. doi: http://doi.org/10.2174/0929867326666190911115722
- Kartal Yandım, M., Apohan, E., Baran, Y. (2012). Therapeutic potential of targeting ceramide/glucosylceramide pathway in cancer. Cancer Chemotherapy and Pharmacology, 71 (1), 13–20. doi: http://doi.org/10.1007/s00280-012-1984-x
- Edsfeldt, A., Dunér, P., Ståhlman, M., Mollet, I. G., Asciutto, G., Grufman, H. et. al. (2016). Sphingolipids Contribute to Human Atherosclerotic Plaque Inflammation. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology, 36(6), 1132–1140. doi: http://doi.org/10.1161/atvbaha.116.305675
- Dinoff, A., Herrmann, N., Lanctôt, K. L. (2017). Ceramides and depression: A systematic review. Journal of Affective Disorders, 213, 35–43. doi: http://doi.org/10.1016/j.jad.2017.02.008
- Wang, G., Bieberich, E. (2018). Sphingolipids in neurodegeneration (with focus on ceramide and S1P). Advances in Biological Regulation, 70, 51–64. doi: http://doi.org/10.1016/j.jbior.2018.09.013
- Field, B. C., Gordillo, R., Scherer, P. E. (2020). The Role of Ceramides in Diabetes and Cardiovascular Disease Regulation of Ceramides by Adipokines. Frontiers in Endocrinology, 11. doi: http://doi.org/10.3389/fendo.2020.569250
- Fang, Z., Pyne, S., Pyne, N. J. (2019). Ceramide and sphingosine 1-phosphate in adipose dysfunction. Progress in Lipid Research, 74, 145–159. doi: http://doi.org/10.1016/j.plipres.2019.04.001
- Li, N., Zhang, F. (2016). Implication of sphingosin-1-phosphate in cardiovascular regulation. Frontiers in Bioscience, 21 (7), 1296–1313. doi: http://doi.org/10.2741/4458
- Pralhada Rao, R., Vaidyanathan, N., Rengasamy, M., Mammen Oommen, A., Somaiya, N., Jagannath, M. R. (2013). Sphingolipid Metabolic Pathway: An Overview of Major Roles Played in Human Diseases. Journal of Lipids, 2013, 1–12. doi: http://doi.org/10.1155/2013/178910
- Apostolopoulou, M., Gordillo, R., Koliaki, C., Gancheva, S., Jelenik, T., De Filippo, E. et. al. (2018). Specific Hepatic Sphingolipids Relate to Insulin Resistance, Oxidative Stress, and Inflammation in Nonalcoholic Steatohepatitis. Diabetes Care, 41 (6), 1235–1243. doi: http://doi.org/10.2337/dc17-1318
- Bajwa, H., Azhar, W. (2021). Niemann-Pick Disease. StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
- Schneider-Schaulies, J., Schneider-Schaulies, S. (2013). Viral Infections and Sphingolipids. Handbook of Experimental Pharmacology. Vienna: Springer, 321–340. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-7091-1511-4_16
- Bezgovsek, J., Gulbins, E., Friedrich, S.-K., Lang, K. S., Duhan, V. (2018). Sphingolipids in early viral replication and innate immune activation. Biological Chemistry, 399 (10), 1115–1123. doi: http://doi.org/10.1515/hsz-2018-0181
- Hernández-Corbacho, M. J., Salama, M. F., Canals, D., Senkal, C. E., Obeid, L. M. (2017). Sphingolipids in mitochondria. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular and Cell Biology of Lipids, 1862 (1), 56–68. doi: http://doi.org/10.1016/j.bbalip.2016.09.019
- Kong, J. Y., Klassen, S. S., Rabkin, S. W. (2005). Ceramide activates a mitochondrial p38 mitogen-activated protein kinase: A potential mechanism for loss of mitochondrial transmembrane potential and apoptosis. Molecular and Cellular Biochemistry, 278 (1-2), 39–51. doi: http://doi.org/10.1007/s11010-005-1979-6
- Novgorodov, S. A., Wu, B. X., Gudz, T. I., Bielawski, J., Ovchinnikova, T. V., Hannun, Y. A., Obeid, L. M. (2011). Novel Pathway of Ceramide Production in Mitochondria. Journal of Biological Chemistry, 286 (28), 25352–25362. doi: http://doi.org/10.1074/jbc.m110.214866
- Dyatlovitskaya, E. V. (2007). The role of lysosphingolipids in the regulation of biological processes. Biochemistry (Moscow), 72 (5), 479–484. doi: http://doi.org/10.1134/s0006297907050033
- Hannun, Y. A., Obeid, L. M. (2011). Many Ceramides. Journal of Biological Chemistry, 286 (32), 27855–27862. doi: http://doi.org/10.1074/jbc.r111.254359
- Bionda, C., Portoukalian, J., Schmitt, D., Rodriguez-Lafrasse, C., Ardail, D. (2004). Subcellular compartmentalization of ceramide metabolism: MAM (mitochondria-associated membrane) and/or mitochondria? Biochemical Journal, 382 (2), 527–533. doi: http://doi.org/10.1042/bj20031819
- Yu, J., Novgorodov, S. A., Chudakova, D., Zhu, H., Bielawska, A., Bielawski, J. et. al. (2007). JNK3 Signaling Pathway Activates Ceramide Synthase Leading to Mitochondrial Dysfunction. Journal of Biological Chemistry, 282 (35), 25940–25949. doi: http://doi.org/10.1074/jbc.m701812200
- Deng, X., Yin, X., Allan, R., Lu, D. D., Maurer, C. W., Haimovitz-Friedman, A. et. al. (2008). Ceramide Biogenesis Is Required for Radiation-Induced Apoptosis in the Germ Line of C. elegans. Science, 322 (5898), 110–115. doi: http://doi.org/10.1126/science.1158111
- Yang, G., Badeanlou, L., Bielawski, J., Roberts, A. J., Hannun, Y. A., Samad, F. (2009). Central role of ceramide biosynthesis in body weight regulation, energy metabolism, and the metabolic syndrome. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism, 297 (1), E211–E224. doi: http://doi.org/10.1152/ajpendo.91014.2008
- Park, M., Kaddai, V., Ching, J., Fridianto, K. T., Sieli, R. J., Sugii, S., Summers, S. A. (2016). A Role for Ceramides, but Not Sphingomyelins, as Antagonists of Insulin Signaling and Mitochondrial Metabolism in C2C12 Myotubes. Journal of Biological Chemistry, 291 (46), 23978–23988. doi: http://doi.org/10.1074/jbc.m116.737684
- Powell, D. J., Turban, S., Gray, A., Hajduch, E., Hundal, H. S. (2004). Intracellular ceramide synthesis and protein kinase Cζ activation play an essential role in palmitate-induced insulin resistance in rat L6 skeletal muscle cells. Biochemical Journal, 382 (2), 619–629. doi: http://doi.org/10.1042/bj20040139
- Webb, L. M., Arnholt, A. T., Venable, M. E. (2009). Phospholipase D modulation by ceramide in senescence. Molecular and Cellular Biochemistry, 337 (1-2), 153–158. doi: http://doi.org/10.1007/s11010-009-0294-z
- Chen, F., Ghosh, A., Shneider, B. L. (2013). Phospholipase D2 mediates signaling by ATPase class I type 8B membrane 1. Journal of Lipid Research, 54 (2), 379–385. doi: http://doi.org/10.1194/jlr.m030304
- Ivey, R. A., Sajan, M. P., Farese, R. V. (2014). Requirements for Pseudosubstrate Arginine Residues during Autoinhibition and Phosphatidylinositol 3,4,5-(PO4)3-dependent Activation of Atypical PKC. Journal of Biological Chemistry, 289 (36), 25021–25030. doi: http://doi.org/10.1074/jbc.m114.565671
- Martin-Acebes, M. A., Merino-Ramos, T., Blazquez, A.-B., Casas, J., Escribano-Romero, E., Sobrino, F., Saiz, J.-C. (2014). The Composition of West Nile Virus Lipid Envelope Unveils a Role of Sphingolipid Metabolism in Flavivirus Biogenesis. Journal of Virology, 88 (20), 12041–12054. doi: http://doi.org/10.1128/jvi.02061-14
- Yager, E. J., Konan, K. V. (2019). Sphingolipids as Potential Therapeutic Targets against Enveloped Human RNA Viruses. Viruses, 11 (10), 912. doi: http://doi.org/10.3390/v11100912
- Carpinteiro, A., Edwards, M. J., Hoffmann, M., Kochs, G., Gripp, B., Weigang, S. et. al. (2020). Pharmacological Inhibition of Acid Sphingomyelinase Prevents Uptake of SARS-CoV-2 by Epithelial Cells. Cell Reports Medicine, 1 (8), 100142. doi: http://doi.org/10.1016/j.xcrm.2020.100142
- Simonis, A., Schubert-Unkmeir, A. (2018). The role of acid sphingomyelinase and modulation of sphingolipid metabolism in bacterial infection. Biological Chemistry, 399 (10), 1135–1146. doi: http://doi.org/10.1515/hsz-2018-0200
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Galyna Storozhenko, Vitalina Kharchenko, Oksana Krasilnikova, Oksana Tkachenko
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.